數(shù)字門級(jí)電路可分為兩大類：組合邏輯和時(shí)序邏輯。鎖存器是組合邏輯和時(shí)序邏輯的一個(gè)交叉點(diǎn)，在后面會(huì)作為單獨(dú)的主題處理。

組合邏輯描述了門級(jí)電路，其中邏輯塊的輸出直接反映到該塊的輸入值的組合，例如，雙輸入AND門的輸出是兩個(gè)輸入的邏輯與。如果輸入值發(fā)生變化，輸出值將反映這一變化，組合邏輯的RTL模型需要反映這種門級(jí)行為，這意味著邏輯塊的輸出必須始終反映該邏輯塊當(dāng)前輸入值的組合。

SystemVerilog有三種在可綜合RTL級(jí)別表示組合邏輯的方法：連續(xù)賦值語(yǔ)句、always程序塊和函數(shù)。接下來(lái)幾篇文章將探討每種編碼風(fēng)格，并推薦最佳實(shí)踐編碼風(fēng)格。

使用函數(shù)表示組合邏輯

當(dāng)編碼正確時(shí)，函數(shù)的行為和綜合就像組合邏輯一樣。

為了表示組合邏輯行為，每次調(diào)用函數(shù)時(shí)都必須計(jì)算一個(gè)新的函數(shù)返回值。如果調(diào)用了靜態(tài)函數(shù)，但沒(méi)有指定返回值，則靜態(tài)函數(shù)將隱式返回其上一次調(diào)用的值。這是鎖存邏輯的行為，而不是組合邏輯。通過(guò)將RTL模型中使用的所有函數(shù)聲明為自動(dòng)函數(shù)(automatic)，可以避免這種編碼錯(cuò)誤。

例7-2定義了一個(gè)使用Russian Peasant Multiplication算法（一系列加法和移位運(yùn)算）計(jì)算乘法運(yùn)算的函數(shù)。該函數(shù)被定義在一個(gè)包中，任何模塊都可以使用該乘法器算法。

SystemVerilog會(huì)推斷出一個(gè)與函數(shù)名稱和數(shù)據(jù)類型相同的變量，示例7-2中的代碼就是利用了這一點(diǎn)。函數(shù)名multiply_f被用作臨時(shí)變量來(lái)保存for循環(huán)中的中間計(jì)算結(jié)果，函數(shù)名中存儲(chǔ)的最終值在函數(shù)退出時(shí)成為函數(shù)返回值。

圖7-2顯示了綜合該函數(shù)的結(jié)果，以及從連續(xù)賦值語(yǔ)句調(diào)用該函數(shù)的模塊。

示例7-2：定義乘法運(yùn)算的算法函數(shù)

//`begin_keywords"1800-2012"http://useSystemVerilog-2012keywords
packagedefinitions_pkg;
timeunit1ns;timeprecision1ns;

//RussianPeasantMultiplicationAlgorithm
functionautomatic[7:0]multiply_f([7:0]a,b);
multiply_f=0;
for(inti=0;i<=3;?i++)?begin?
??????if?(b?==?0)?continue;?//?all?done,?finish?looping
??????else?begin?
?????????if?(b?&?1)?multiply_f?+=?a;
?????????a?<<=?1;??//?multiply?by?2
?????????b?>>=1;//divideby2
end
end
endfunction
endpackage:definitions_pkg
//`end_keywords

//`begin_keywords"1800-2012"http://useSystemVerilog-2012keywords
modulealgorithmic_multiplier
importdefinitions_pkg::*;
(inputlogic[3:0]a,b,
outputlogic[7:0]result
);
timeunit1ns;timeprecision1ns;

assignresult=multiply_f(a,b);

endmodule:algorithmic_multiplier
//`end_keywords

算法乘法器的示例7-2還說(shuō)明了為什么在乘法和除法等復(fù)雜運(yùn)算中最好使用SystemVerilog運(yùn)算符。如果在示例7-2中使用了乘法運(yùn)算符（*），則綜合編譯器可以將該運(yùn)算符映射到ASIC或FPGA的最有效的乘法器。

設(shè)計(jì)工程師在使用算術(shù)運(yùn)算符或算法來(lái)表示復(fù)雜操作時(shí)需要謹(jǐn)慎。RTL模型不是在具有大量?jī)?nèi)存資源的通用計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的軟件程序。RTL模型是門級(jí)實(shí)現(xiàn)的抽象。所表示的功能需要在物理上適合目標(biāo)ASIC或FPGA，并且在時(shí)間上在有限的數(shù)量或時(shí)鐘周期內(nèi)。之前的文章有詳細(xì)介紹了在RTL模型中使用算術(shù)運(yùn)算符（如乘法和除法）的指導(dǎo)原則。

審核編輯：郭婷